D级GPS控制测量技术设计书要点

1 目录 一、课程设计的目的和任务 .4 1.1.设计目的.4 1.2.任务概述.4 二、测区概况.4 2.1.测区自然地理概况.4 2.2 民族种类 .4 2.3 已有资料情况 .4 2.4 测区的范围： .4 三、设计的依据.4 四、主要的技术指标.5 4.1GPS 测量 .5 4.2 水平角观测 .7 4.2.1 水平距离的观测.7 4.2.2 导线网.7 五、坐标系统的选择.8 六、设计方案.8 6.1 布网的原则 .8 6.1.1.GPS 网型网型方案设计 6.2.图上展绘已知点（或图上查找已知点） .8 6.3 按点位要求与测区情况在图上选点布网 .9 6.4.判断和检查点间的通视（主要点间）.10 6.5.外业选点埋石.11 6.5.1 选点.11 6.5.2 标志埋设.11 六、仪器设备的选择.12 七、外野实测方案设计.12 7.1. GPS 外业工作的原则 .12 7.2 安置天线要求 .13 7.2.1 对仪器设备的要求.13 7.3 观测方法 .14 7.3.1 GPS 观测方法 .14 7.4 地籍勘丈.14 7.4.1 、地籍勘丈的方法： .14 7.4.2. 宗地图编号 .14 7.4.3. 地籍图的规格及分幅 .14 7.4.4 地籍勘丈的基本精度 .15 7.4.5 界址点的施测方法.15 7.4.6 界址点边长的检核： .15 2 7.4.7 地籍图的表示原则： .16 7.4.8 宗地图 .16 7.4.9 面积量算与汇总统计.16 7.4.10 提交成果.16 7.5 数据的记录 .16 八、数据处理的方法与要求.18 8.1.外业观测数据处理.18 8.2 外业观测数据质量检核 .18 8.3 数据处理和平差计算 .19 8.3.1 数据处理.19 8.3.1 无约束平差.20 8.3.2 约束平差.20 8.4 GPS 高程拟合.20 七、提交成果.20 八、参考文献.21 3 D 级 GPS 控制网技术方案设计 一、 课程设计的目的和任务 1.1.设计目的：本次课程设计的主要目的是通过本课程的学习并结合“GPS”技术完 成一项“GPS”D 级网的技术设计，为下一步大比例尺数字测图提供基础控制。能用所 学的理论知识来解决设计中所遇到的实际问题，做到理论与实际相结合。 1.2.任务概述：本次 GPS 控制测量任务和作业内容是在辽阳市境内吉洞峪，对吉洞 峪地区进行村庄的地籍测量。则需要在吉洞峪的测区范围内建立 D 级 GPS 网。 二、测区概况 2.1.测区自然地理概况 吉洞峪在辽阳市最南端，介于北纬 40 40至 40 50，东经 123 00至 123 15 之间。东与河栏镇，南与岫岩县三家镇、牧牛镇，西与海城市接文镇马风镇，北与隆 昌镇、八会镇接壤。乡政府驻地吉洞峪村距县政府（直线距离）45 公里。乡域境内山 地占总面积的 80%，属长白山系千山山脉。该地区地势陡峭,山脉较多,北部和西南部比 较平坦。 2.2 民族种类 境内居民主要有满族、汉族，另有少量蒙古族、回族等。其中满族人口占大多数。 2.3 已有资料情况 1）本工程收集到国家二等点 A1、A2、A3、A4、A5 点作为本工程平面控制起算点。 2）根据设计提供的 1：5 万地形图，1：5 万地形图之地物、地貌逼真，取舍恰当，为 本次测量工作之交通、选埋、控制点联测及测图分幅等工作提供了方便。（所根据的 是中国人民解放军总参谋部测绘局 1977 年 9 月航摄地形图） 2.4 测区的范围： 1）测区的位置：测区的地理坐标为北纬 40 40至 40 50，东经 123 00至 123 15之间 2）测区的面积：施测范围呈规则矩形，范围面积约 18*21=378 平方千米 三、设计的依据 4 （1）CH 2001-92全球定位系统（GPS）测量规范 GB-T2009 （2）CH 1003-95测绘产品质量评定标准 （3） 工程测量规范 （GB 50026-2007） （4）三、四等水准测量规范（GB 12898-91）国家技术监督局颁布 （5）测绘技术总结编写规定GB CH 1001-91 （6）城镇地籍调查规程（ 1993.6 ）国土局制定，以下简称规程 （7）吉洞峪地籍调查协议书参考技术标准 （8） 2.ZGB96地形图图式 （9）地勘测绘规范地矿部 1985 年 （10）1：500、1：1000、1：2000 地形图图式 （11）本工程技术课程设计指导书 四、主要的技术指标 根据中华人民共和国测绘行业标准全球定位系统测量规范 GB-T2009和辽阳市吉洞 峪地形的具体情况，确定该测区可建立 D 级 GPS 网，GPS 网中相邻点之间的距离满足下 表要求： 4.1GPS 测量 （1）根据规程规范，D 级 GPS 网的精度要求如下表： 项目平均边长（km）固定误差 a(mm) 比例误 差 b(mm) 最弱边相对中误差 技术要 求 51010101/45000 各等级 GPS 相邻点间弦长精度 = 22 )*(dba 式中： GPS 基线向量的弦长中误差（mm） ，亦即等效距离误差。 aGPS 接收机标称精度中的固定误差（mm） 。 bGPS 接收机标称精度中的比例误差系数（ppm） 。 dGPS 网中相邻点间的距离（km） 。 （2）GPS 点的密度标准 5 项目 级别 相邻点最小距 离 相邻点最大距 离 相邻点平均距 离 D2155-10 四等 GPS 相对定位测量的主要技术规定表 1 平均边长 D/kmGPS 接收机性 能 测量量接受机标称精 度优于 /mm 同步观测接收 数量 2 双频 ( 或单频 ) 载波相位 10+310-62 四等 GPS 相对定位测量的主要技术规定表 2 同时观测有效卫星数 4 卫星截止高度角 15 有效观测卫星总数 4 观测时间段 1.6 观测时段长度/min 10 数据采样间隔515 时段中任一卫星有效观测时间/min 3 点位几何图形强度因子/PDOP 1.61.751.6，故符合。，故符合。 4）经济方面：考虑该项目投入的资金和具体支出，并且充分利用制高点和高建筑物等 有利地形，充分利用旧点，以便节省造标埋石的费用。 5）物力方面：选点时应考虑在村庄或者人口较多的地区，这样有利于基准站的架设， 考虑到仪器的搬运问题和测区距员工的休息的远近。 6）人力方面：选点时应在村落周围或者附近，避免山区和偏远的地方，有利于基准站 架设和节省人力和时间。 具体的布网图形如下：（casscass 绘图绘图） 9 以及手机照射成图 具体点见名称及高程信息见上图 设重复设站数 m=1.75 GPS 控制点数:16 接收机台数:4 由以上数据计算观测时段数=（16*1.75）/4=7 由图可知，观测时段数=7 所以符合要求 6.4.判断和检查点间的通视（主要点间） 布设点的时候应该判断所布设的点是否通视，别记录下不通视的边数。影响通视的因 素主要是球气差的影响。通过对图纸分析和实地考察，以下三组存在通视问题。 A1（大顶山）与 C6（花红峪） A2（杉光山）与 C4（后腰岭） A5（弯岭沟）与 C9（平杏沟） 10 但大顶山位于至高点，花红峪位于村落地带，故通视良好。而弯岭沟和平杏沟都是村 落地带，故通视也良好，杉光山地势高，后腰岭位于村落地带，地势较低，故也通视。 6.5.外业选点埋石 6.5.1 选点 由于 GPS 测量观测站之间不一定要求相互通视,而且网的图形结构也比较灵活,所以选 点工作比常规控制测量的选点要简便。但由于点位的选择对于保证观测工作的顺利进 行和保证测量结果的可靠性有着重要的意义,所以选点工作还应遵守以下原则: 应设在易于安装接受设备、视野开阔的较高点上。 目标要显著,视场周围 15以上不应有障碍物,以减小 GPS 信号被遮挡或被障碍物吸 收。 应远离大功率无线电发射源(如电台、微波站等),其距离不小于 200m;远离高压输电 线和微波无线电信号传送通道,其距离不得小于 50。以避免电磁场对 GPS 信号的干扰; 附近不应有大面积水域或不应有强烈干扰卫星信号接受的物体,以减弱多路径效应 的影响。 应选在交通方便,有利于其他观测手段扩展与联测的地方。 基础稳定,易于点的保存。 人员应按技术设计进行踏勘;在实地按要求选定点位。当利用旧点时,应对旧点的稳 定性、完好性,以及觇标是否安全、可用性进行检查,符合要求方可利用。 点之记：在埋石工作完成后按照统一格式绘制和整理点之记，采用标准 A4 纸张打 印输出，确保点之记内容完整、格式统一、整齐美观。点之记中的交通路线图、交通 情况、点位略图及点位说明要尽可能多地增加找点信息，以便查找点位，并力求简单， 语言精练。位于测图范围内的 D 级 GPS 点无需绘制点之记 6.5.2 标志埋设 （1）埋石点的埋设规格见下图：（单位：厘米） 11 GPS 点应埋设具有中心标志的标石，以精确确定点位， 点的标石和标志必须稳定、坚固长久保存和利用。 注：注：控制点中心标志要求： GPS 点中心标志均为：5cm0.5 cm 的不锈钢顶盖， 中间焊接 10cm 长 0.8cm 的实心不锈钢螺丝，底部有螺丝帽。不锈钢顶盖中间有球 面隆起，并刻有“”字，不锈钢标志面上部刻有“市局” ，下部刻有“GPS 控制点” 字样。(2)GPS 点的埋设要求: 在水泥路面上埋设时，用切割机切割成 20cm20cm 的正方形边框，边槽深 0.5 cm，宽 0.5 cm，中心用冲击钻钻孔，埋入标志，并用混 凝土固紧，标石面与地面高度保持一致。 在沥青路面上埋设时，先将沥青面凿成 20cm20cm 的正方形，深度以凿到路基碎石为准，清去杂土，灌入混凝土并埋入标志， 标石面与地面高度保持一致。 在岩石面上可采用浇灌岩标办法，标石规格为 20cm30cm15cm 的混凝土标石，标石面与岩石表面高度保持一致。 在房顶表面 浇灌房标时，标石规格为 20cm30cm15cm 的混凝土标石，浇筑前应将与屋顶的接 触面打毛，再打入 3-4 颗水泥钉并清洗干净，使标石底面与房顶接触牢固，房标禁止 浇灌在隔热层上； 在土质地面埋设标石时，标石规格为 20cm40cm40cm 的混 凝土标石（可以是预制的混凝土标石，也可以现场浇注） 。标石面高出地面 12cm， 便于找点和利用。 控制点埋设时，不锈钢标志面与标石面高度保持一致，以利于 水准联测时标尺的自由转动。 (3)每个点位标石埋设结束后提交以下资料： a.点的记录。 b. GPS 网的选点网图。 c.土地占用批准文件与测量标志委托保管书。 d.选点与埋石工作技术总结。 六、仪器设备的选择 主要设备：5 台南方中海达 V300 型接收机 ( 标称精度为 (5mm+110-6D) 12 以及科利达 KTS-400 全站仪若干台，仪器标称精度 (3mm2Dppm) ，检测精度 (- 2.141.6ppm) ，测角精度为 M 2 七、外野实测方案设计 7.1 GPS 外业工作的原则 GPS 外业工作一方面，要有较多的多余观测，以提高观测成果的精度和可靠性，另一方 面，还要考虑各待测点的点位精度的均匀性和各观测时段的独立性。具体要求如下： GPS 网中各待测点的设站次数应相同； 优先测量点间距离较近的点，同时沿最短距离欠站； 应该联测相距较远的高等级已知点； GPS 网中各待测点每次重复设站都使用不同的接受机。 7.2 安置天线要求 1) 用三脚架安置天线时，其对中误差不应大于3；B 级不应在高标上安置天线； 2)需在觇标的基板上安置天线时，应先卸去觇标顶部，将标志中心投影至基板上， 然后以投影点安置天线。投影点示误三角形的最大边或示误四边形的长对角线不得 大于 5，投影方法见 GB/T 17942； 3)GPS 点上建有寻常标时，应在安置天线前放倒觇标或采取其他措施； 4)B 级及以上各级 GPS 测量，其定向标志线应指向正北，估计当地磁偏角修正后， 其定向误差应不大于 5，对于定向标志不明显的接收机天线，可预先设置标记， 每次按此标记安置仪器 5)天线集成体上的圆水准气泡必须居中，没有圆水准气泡的天线，可调整天线基座 脚螺旋，使在天线互为 120方向上量取的天线高互差小于 5。 7.2.1 对仪器设备的要求 用于 GPS 控制网观测的 GPS 接收机必须是符合 GPS 规范要求的双频机，其标称精度 应优于 5mm110-6。 为便于观测、提高精度和可靠性，采用 1517 台 Trimbie5700GPS 接收机参加作业， 使全网一次同步完成（包括联测的大地控制点） 。 GPS 天线的相对中心稳定。参加作业的 GPS 接收机，均采用 choke ring 天线。 13 对新购置的 GPS 接收机，应按 GPS 规范要求进行全面的检验，各项指标均符合要求 后方可使用。凡经过检修或更换主要插件的接收机，以及受强烈撞击或更新天线与接 收机匹配关系的接收机，均应同新购置接收机一样做全面检查。对原有的 GPS 接收机 也应有当年的检验资料。 天线及基座上的圆气泡及长气泡、光学对中器，天线高量尺，在作业前也应进行检 校。 接收机的检验 7.3 观测方法 7.3.1 GPS 观测方法 a.GPS 外业数据采集使用 4 台中海达 V300GPS 接收机 ( 标称精度为 (5mm+110- 6D) 进行。外业观测依据 全球定位系统 GPS 测量规程中有关 D 级的作业要求采 用静态边连式的观测方案，每测段同步观测视不同边长一般为 60 150min ，接收 机的其他参数设置为：卫星截止高度角为 15 ；数据采样率为 15S ；卫星图形强度 因子 PDOP 4.0 ；同步接收卫星的个数不少于 5 颗。接收机的对准用光学对准器 对准；天线高度用钢尺在不同方向上量测二次，其差值不超过 4mm 时，最后求平均值。 b.天线安置完成后，在离开天线适当位置的地面上安放 GPS 接收机，接通接收机与电 源、天线、控制器的连接电缆，即可启动接收机进行观测。 c.接收机锁定卫星并开始记录数据后，观测员可按照仪器随机提供的操作手册进行输 入和查询操作。 d.观测期间不得在天线附近 50m 范围内使用电台，不得在 10m 范围内使用对讲机或手 机。 f.每点观测数据，除存储在计算机硬盘外，必须在软盘或光盘上备份。 g.在整个 GPS 控制网范围内，选 2 个国家大地控制点，与 GPS 控制网点同步联测，以 便将 GPS 控制网点的坐标转换成 1954 年北京坐标系和 1980 年西安坐标系。 h.其余有关规定参照 GPS 规范执行。 7.4 地籍勘丈 14 7.4.1 地籍勘丈的方法： 地籍堪丈采用解析法，基本地籍图比例尺为 1 ： 500 。 7.4.2 宗地图编号 按权属调查表上的编号进行编号 7.4.3 地籍图的规格及分幅 选用 0.07MM 独立编号，最后封闭到 1 号点。在街坊范围内和街坊外围界址点均不统 一。街坊周围界址点的编号按界址点所在的地号和所在宗地的点号来表示。 7.4.4 地籍勘丈的基本精度 (1) 界址点精度及适用范围见表 类别界址点临近图 根点位误差 (观 ) 界址点间距允 许误差 界址点与临近 地物点关系距 离允许误差 适用范围 一中误差 允许误 差 5 10 10cm10cm 村庄外围界址 点及主要街道 明显界址点 二 7.5 1515cm15cm 村庄内部隐蔽 的界址点 （2）地籍成图方法 用 南方 cass7.0 软件编辑成图。 7.4.5 界址点的施测方法 15 村庄外围及主要巷道的界址点用解析法测量。用科利达 KTS-400 全站仪直接进行数据 采集 ( 坐标格式 ) ，测量时加气象改正。对于墙上界址点，当棱镜中心不能直接立 于界址点上时，应通过改变棱镜常数的设置来测得正确的坐标值。村庄内部的界址点 用图解法测绘。 7.4.6 界址点边长的检核： 用解析法求出的界址点边长与宗地草图上相对应的边长进行比较，如两边长交差大于 10 15 厘米时，应检查改正；用图解法求得地籍图上界址边长与宗地草图相对应的 边长比较不得大于 30 厘米。 7.4.7 地籍图的表示原则： （1）只测定地籍要素以及相关的地物要素的平面位置，不测注高程点。 （2）本次地籍测量的临时性或违章的建（构）筑物按甲方要求表示。 （3）为减轻图面负载，围墙只表示较大宗地界址线上的围墙，内部的不表示。 （4）界址点按 0.8MM 的圆圈表示，相邻两个界址点间距小于 1mm 时，地籍图上其中 一个界址点可以不绘圆圈。 （5）对由于建筑结构或造型等其它原因引起的凹凸不平小于 30cm 时，地籍图上可以 进行综合取舍。 （6）街区内各种管线均不表示。 （7）建筑物均不注记结构和层数。 7.4.8 宗地图 宗地图由 软件自动生成 7.4.9 面积量算与汇总统计 16 面积分类统计由 软件自动汇总。 7.4.10 提交成果 按 辽阳市管理局与此次工程负责部签订的协议书要求执行。 7.5 数据的记录 GPS 外业观测手薄 点号点名图幅编号 观测员日期段 号 观测日期 接收机名 称及编号 天线类 型机器 编号 储存介质编号 数据文件名 近似纬度 N 近似经 度 E 近似高程 m 采样间隔 S 开始记 录时间 h min 结束记录时间 h min 天线高测定天线高测定方法及略 图 点位略图 17 测前： 测后： 测定值_ _m 修正值_ _m 天线高_ _m 平均值_ _m 时间 （UTC） 跟踪卫星信 号（PRN）及 信噪比 纬度 经度 大地高 m 天气状况 记 录 八、数据处理的方法与要求 8.1.外业观测数据处理 D 级 GPS 控制网的野外数据处理宜利用 GPS 接收机的随机软件，按原码采用双差相 位观测值进行基线解算，采用双差固定解作为最终结果。 外业观测采集的数据通过随机软件输入计算机内，应转成 RINEX 格式进行备份。 8.2 外业观测数据质量检核 重复基线边较差的检验 同一条 GPS 基线边若观测了多个时段，可得多次基线边的观测结果，同一条基线边任 18 意两个时段结果的互差不宜超过下式的规定： 同步环各坐标分量闭合差的检验 采用单基线处理模式，对于采用同一种数学模型获得的基线解，由其同步时段若干基 线组成的同步多边形环的坐标分量相对闭合差和全长闭合差应满足： Wx= 5 3 Wy= 5 3 Wz= 5 3 式中 n 为多边形的边数， 为 GPS 网相应级别规定的观测精度。 异步环各坐标分量闭合差的检验 由若干条独立基线边构成的异步闭合环，其闭合差应符合下式规定： Wx=3n Wy=3n Wz=3n 式中 n 为多边形的边数， 为 GPS 网相应级别规定的观测精度。 异步环多边形闭合差的大小，是基线向量质量检核的主要指标。如果闭合差超限，应 及时分析原因，对其中部分成果进行重测。 基线处理采用标准参数解算，采用其它技术参数解算的基线以文本文件说明。 相邻点间基线长度精度用下式表示： 式中： 标准差（基线向量的弦长中误差 mm） ，a 固定误差 10mm ，b 比例误 差系数 20ppm ，d 相邻点间距离（km） 19 8.3 数据处理和平差计算 在基线向量检验符合要求后，按照全球定位系统测量规程 GB-T2009的要求，进行 GPS 网的无约束平差和约束平差。 平差计算宜采用中海达公司的 HDS2003 随机软件进行。 8.3.1 数据处理 8.3.1.1 数据预处理 为了获得 GPS 观测基线向量并对观测成果进行质量检核，首先要进行 GPS 数据的预处 理，根据预处理结果对观测数据的质量进行分析并做出评价，以确保观测成果和定位 结果的预期精度。GPS 网数据处理分基线向量解算和网平差两个阶段。各阶段数据处理 软件均采用随机所带软件。处理的主要内容有：GPS 卫星轨道方程的标准化、时钟多项 式的拟合和标准化。 8.3.1.2 基线解算 基线数据按同步时段为单位进行，按多基线解时，每个时段需提供一组独立基线向量 及其完全的方差协方差阵；按单基线解时，须提供每条基线分量及其方差协 方差阵。可以采用不同的数据处理模型。 8.3.1 无约束平差 无约束平差以三维基线向量及其相应方差协方差阵作为观测信息，以一个点的 WGS- 84 系三维坐标为起算依据，进行 GPS 网的无约束平差。平差结果须提供各点在 WGS- 84 系下的三维坐标、各基线向量